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智慧矿山安全生产指挥控制系统

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2020年4月19日
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智慧矿山安全生产指挥控制系统

解决方案

6.1

智慧矿山三维基础平台

解决方案

1 智慧矿山的定义
1.1．几何表示--是现实矿山的数字镜像
矿层、采掘工程和生产系统的空间位置和形态表示是智慧矿山的基础内容。
三维模型是其数据载体，是智慧矿山的基础。

1.2．安全监控--能够与现实矿山互动
能实时反映生产、安全数据，并能进行自动化控制。
智慧矿山是动态和积极的应用系统。
1.3 应用和分析--能提高矿山安全、生产和管理能力
服务生产，是矿山专业和管理部门的日常工具。
系统分析、预测工具，指导生产和生产成本的管理工具。

2 智慧矿山的关键问题
体系问题
基于对象的，以模型为核心的GIS系统。
1. 现实世界与虚拟世界有一一对应的关系，为真实的构建虚拟矿山提供了基础平台。
2.模型是对象的容器，是对象间关系的记录和处理者，是虚拟矿山的整体表示。
1. 三维模型建造和表示（包括二维制图）
①．地质体；
②．井巷工程；
③．地物和设备等。
2. 系统连接----反映矿井生产现状和互动（开采、掘进、供电、运输、人员、风流和瓦斯、水文、地压、温度、设备的位置和工作状态）
①．与生产监控系统的一体化；
②．与工业自动化设备控制系统的连接；
③．各种路径的逻辑拓扑关系（风，水、电、人员轨迹）。
3.数据挖掘--服务生产和安全
①．专业分析解算--地质构造、地压、动态风网；
②．矿井物流、生产成本分析与控制。
3 智慧矿山的关键技术及其解决途径
特别关键的几点
①．三维模型的动态建立和可编辑技术；
②．基于三角域的改进的Bernstein-Bézier地质曲面拼合表示技术； ③．地质实体模型（地质透明体）
④．巷道高级处理技术；
⑤．二维、三维一体化技术；
⑥．图形模板技术；
⑦．与监、控系统连接；
⑧．数据管理、模型在体积计算、人员轨迹、通风解算、岩石力学、瓦斯及防治水、生产成本等中的分析和应用。
3.1 模型技术概述
VRMine 特有的地质曲面表示和断层处理技术，使多层地质体建模可编辑、可控制。

地层 地形地物
基于巷道和工作面对象技术，可精确地表示井巷工程模型和生产开采模型。

巷道

基于组合对象技术，可表示地形地物和矿井生产的任意物体。

掘进、采煤机
三维模型的动态建立和可编辑技术
①．基于对象的表示和处理（用户级）；
②．充分理解矿井和组成矿井的各个对象的物理逻辑、设计灵活实用的体系和数据结构；
③．组合对象技术（复杂 是 简单 的叠加）；
④．二维、三维一体化技术（二维编辑一样能够用于三维）；
⑤．寻找或创新实用的数学表示技术。
基于三角域的改进的B-B曲面拼合表示技术
①．复杂的地质曲面是简单的基于三角域的改进的B-B曲面的拼合；
②．断层处理技术（核心：有限制边的Delaunay三角形，难点：逆断层处理----交换或分裂算法）；
③．曲面化问题----速度；
④．考虑地层的产状（倾向和倾角）。
巷道高级处理技术
现有技术：
①．几何表示：
截面（三角形/四边形；点数固定/动态；形态固定/动态）；
②．拓扑关系：点—线；
技术类型
①．截面（四边形；点数动态；形态动态）
同类截面点数固定；形态固定；但类型可任意改变；
②．点—线的拓扑关系 + 接头技术。
3.5 二维、三维一体化技术
对象和模型，图形和光照显示要分立；
体系结构上要支持。
优点：1.内部数据和外部表现的高度统一和协调
2.数据的维护、修改和应用是基于同一个数据模型，保持了数据的唯一和实时高效。
模型
二维 = 剖切 + 符号化
三维 = 线、面的分解 + 光照

3.6 图形模板技术
对象和模型，图形和光照显示要分立；
体系结构上要支持；
①．对象化 -- 动态生成、强类型、可命名、可检索、可组合；
②．专有对象（图表、图框、自定义图形）；
③．多种坐标形态（绝对、相对、局部，浮动）；
④．对象的主从关系，图形、模型的嵌入和连接；
⑤．任意比例尺技术；
3.7 生产监控
关键技术：控件技术；
通信、网络和数据库技术。
OPC（自动化设备）。
实现途径：
①．通信 或 数据服务器；
②．控件;
③．OPC标准；
④．业务逻辑 + C# + WEB …… ；
3.8 专业应用
基础数据管理
人员定位；
通风动态解算；
体积计算—储量、水量。
通风分析系统
通风图表形功能。
通风网络解算功能
通风设计功能

生产设计系统
巷道断面图，平巷交叉点（单轨单侧，双轨单侧，双轨单侧弯道，单轨对称，双轨单侧分岔和弯道交岔点等），硐室（采区绞车房、采区变电所、吸入式矿井泵房、压入式矿井泵房、非隔开式井下调度室和充电整流室等）。

5.5 应急救援
结合三维电子地图模拟事故现场的灾情影响范围，及时提供逃生路线和救援策略，辅助应急指挥。

VRMine瓦斯预测预报
根据瓦斯地质情况，在通风分析的基础上，结合监控和瓦斯巡检资料，构造瓦斯预测预报专家系统，预测瓦斯涌出量及瓦斯危险区。
4. 展 望
1）. 智慧矿山刚刚开始，当前无成熟的经验和实例；
2）. 未解决且迫切的问题：地质实体模型，矿山瓦斯、水、地压等安全问题；
3）. 监控和工业自动化…… 。
应用领域：
☆ 智慧矿山基础平台（模型建立，制图）；
☆ 生产和调度管理（地测、通风、设计、安全监控、调度管理等）；
☆ 远程 WEB 安全生产管理系统；
☆ 通风、瓦斯、水文、防避灾分析预测系统等。
应用对象：矿山

6.2

智慧矿山GIS综合管理系统

解决方案

（请将pdf格式的智慧矿山综合奖城管理文件放在下面）
7

智慧矿山实时视频再现及广播系统

解决方案

一、 智慧矿山感知以及终端的探讨
对于矿山感知层以及终端的展望，当前的应用已经提出了很多，主要是集中在音视频和传感器方面，思路是，要依靠整体的链路传输平台，提供一个技术手段，将更多的数据（图像、照片、语音、控制量等），采集到地面以供分析和处理。
WIFI无线移动模块
1、综述
WIFI无线移动模块可实现矿用设备（IP摄像机、传感器、IP广播或其它数据采集单元）由有线转换为无线，无线增加漫游移动切换的功能。该模块，主要解决了以下问题：
l 有线的IP型设备，经过该模块后，能够讲数据透过wifi基站，以无线的方式传输；
l 提供专有的移动数据算法，使得依靠wifi信号无线传输的数据，在不同的wifi基站移动（漫游）时，链路保持不间断，基站间切换速度少于1秒；
2、应用领域
在有wifi信号部署的区域内，经过集成WIFI无线移动模块，可实现以下用途：
1) 移动目标（矿车、人员、罐笼、提升等）的视频采集回传：小型的IP摄像机（不受限制），经过网口与WIFI无线移动模块相连接，能够集成为无线移动摄像机。
矿山工作人员经过无线移动摄像机实现井下视频图像实时回传，而且在井下WIFI基站/无线AP之间实现智能切换，视频图像传输不间断，切换时间<1s,监控中心随时都可观察到井下的实时运动情况。

2) 无线移动传感器：传感器经过集成WIFI无线移动模块成为无线移动传感器，矿山监控监测系统可利用无线移动传感器实时获取井下各处的监测数据。

3) 无线移动广播：矿山能够借助此模块，实现IP广播通信话站（内置WIFI无线移动模块的小型IP广播话站）的无线灵活位置部署，节约线缆成本、施工和维护线缆工作量，可随时接收调度室/调度员的广播指令和喊话。

4) 无线移动数据接入模块等。
3、模块组成：
WIFI无线移动模块由IP端口、管理端口和WIFI天线组成。

1） IP端口提供一个RJ45网口；
2） 管理端口负责WIFI无线移动模块的IP地址注册、访问和管理；
3） WIFI天线接口实现WIFI无线移动模块和WIFI基站/无线AP之间的漫游切换；
规格：
● 符合IEEE802.11n、IEEE 802.11g、IEEE 802.11b、IEEE802.3、IEEE802.3u
● 支持CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、PPPoE、DHCP、ICMP、NAT协议
● 提供1个WAN口、1个LAN口10/100M自适应，支持端口自动翻转
● 无线接入器、有线路由器合二为一
● 支持高达150Mbps的稳定传输
● 提供多种工作模式：桥接模式和网关模式
● 支持 NAT/NAPT IP 共享，广域网支持协议：PPPoE/Static IP /DHCP
● 支持虚拟服务器、DMZ主机功能
● 支持64/128位WEP及WPA-PSK, WPA2-PSK等最新无线安全标准
● 支持UPnP功能，DDNS功能
● 支持远程和Web管理，全中文配置界面
● 提供Web管理页面复位，恢复出厂设置

三、SIP广播话站设计说明

1、综述
新一代矿用SIP广播开发模块组基于SIP协议设计开发，能够直接经过IP网络接入IP调度系统。该模组由IP广播通信板、功放板、电源板、拨号盘等组成。
2、应用领域
矿山、铁路、石化、冶金等行业，需要电话联络、广播、喊话、紧急呼叫等实际调度联络业务。
3、 设备特性
1) 具备电话机的所有功能，能够和通信调度系统的有线调度电话、3G手机、无线WIFI手机、调度台等终端拨号互通，全双工。
2) Rj45就近接入，或者无线接入以太网
3) 具备一键呼叫调度台的紧急呼叫功能，全双工;
4) 经过调度台，可向任何一部、一组、多部SIP广播话站播送广播、发起喊话；
5) 任何一部SIP广播话站能够按照分组，进行组内通信，全双工；

4、 模块组成：

IP广播板：广播话站的控制核心模块；
功放板：实现语音进行放大，在经过扬声器或喇叭放出;
拨号按键定义板：实现0~9，#，*的拨号信号接入；
电源板：负责给整个设备供电;

5、技术参数：
l 工作电压： AC 127V/220V
l 工作电流：≤0.5A；
l 功放板的输出功率 ：≥10W
l 声音响度：90dB
l 输入接口：标准RJ45接口
l 输出接口：音频输出
l 支持协议：SIP、TCP/IP、UDP
l 支持音量平衡调节
l 接入方式：就近接入工业以太网
l 接口方式：rj45或者无线

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